Les technologies basées sur des matériaux à l’échelle nanométrique – par exemple des particules plus de 10 000 fois plus petites que le point à la fin de cette phrase – jouent un rôle croissant dans notre monde.
Les nanofibres de carbone renforcent les cadres des avions et des vélos, les nanoparticules d’argent fabriquent des tissus résistants aux bactéries et les nanoparticules hydratantes appelées nanoliposomes sont utilisées dans les cosmétiques.
La nanotechnologie révolutionne aussi la médecine et repousse les limites de la performance humaine. Si vous avez reçu un vaccin contre la COVID-19 aux États-Unis, celui-ci contenait des nanoparticules.
À l’avenir, la nanotechnologie pourrait permettre aux médecins de mieux traiter les maladies et troubles du cerveau comme le cancer et la démence, car les nanoparticules traversent facilement la barrière hémato-encéphalique.
Les nanoparticules contenues dans les gouttes oculaires peuvent corriger momentanément la vision. Et des nanoparticules stratégiquement implantées dans les yeux, les oreilles ou le cerveau peuvent permettre une vision nocturne ou une audition aussi bonne que celle d’un chien. Les nanoparticules pourraient même permettre aux gens de contrôler leurs maisons et leurs voitures intelligentes avec leur cerveau.
Ce n’est pas de la science-fiction. Ce sont tous des domaines de recherche actifs.
Par contre les cadres d’évaluation de la sécurité et de l’éthique des nanoparticules n’ont pas suivi le rythme de la recherche. En qualité de chimiste travaillant dans le secteur des biosciences, cet oubli limité m’inquiète. Sans cadres actualisés, il est compliqué de dire si la nanotechnologie rendra le monde meilleur.
Nano – quoi et pourquoi ?
Toute particule ou matériau compris entre 1 et 100 nanomètres dans une dimension peut être classé comme « nano ». Le point à la fin de cette phrase est de 1 000 000 de nanomètres et un cheveu humain mesure environ 100 000 nm de diamètre. Les deux sont beaucoup trop grands pour être considérés comme « nano ». Un seul coronavirus mesure environ 100 nanomètres de diamètre, et les particules de suie provenant des incendies de forêt peuvent avoir un diamètre aussi petit que 10 nanomètres – deux exemples de nanoparticules naturelles.
Cette vidéo montre à quel point les nanoparticules sont petites par rapport à d’autres objets.
Les nanoparticules peuvent aussi être produites en laboratoire. Les vecteurs adénoviraux, les nanolipoparticules et l’ARNm utilisés dans les vaccins contre la COVID-19 sont des nanoparticules artificielles. L’oxyde de zinc et le dioxyde de titane utilisés dans les écrans solaires minéraux sont par ailleurs des nanoparticules artificielles, tout comme les nanofibres de carbone présentes dans les avions et les cadres de vélos.
Les nanoparticules sont utiles car elles ont des propriétés différentes de celles des matériaux plus gros, même lorsqu’elles ont la même composition chimique. Par exemple, les grosses particules d’oxyde de zinc ne peuvent pas être dissoutes dans l’eau et sont utilisées comme pigment dans la peinture blanche.
L’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique est utilisé dans les crèmes solaires, où il semble quasiment transparent mais réfléchit la lumière du soleil loin de votre peau pour éviter les coups de soleil.
L’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique présente aussi des propriétés antifongiques et antibactériennes qui devraien être utiles pour fabriquer des surfaces antimicrobiennes, mais la raison de ses propriétés antimicrobiennes n’est pas complètement comprise.
Et c’est là que réside le problème. Tandis que de nombreux scientifiques souhaitent exploiter les propriétés positives des nanomatériaux, mes collègues et moi-même craignons que les scientifiques n’en sachent pas encore suffisamment sur leur attitude.
Sécurité des nanotechnologies
Les nanoparticules sont attractives pour les chercheurs biomédicaux car elles peuvent franchir les membranes cellulaires. Les propriétés antimicrobiennes de l’oxyde de zinc nanométrique sont certainement liées à leur capacité à franchir les membranes cellulaires bactériennes. Mais ces nanoparticules peuvent aussi franchir les membranes des cellules humaines.
Aux États-Unis, l’oxyde de zinc est « généralement reconnu comme sûr et efficace » par la Food and Drug Administration pour des produits comme les crèmes solaires, car il est peu probable – dans les crèmes solaires – qu’il soit toxique pour les humains.
Cela dit, bien que les scientifiques comprennent assez bien les effets sur la santé des grosses particules d’oxyde de zinc, ils ne comprennent pas pleinement les effets sur la santé de l’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique. Les études en laboratoire utilisant des cellules humaines ont produit des résultats contradictoires, allant de l’inflammation à le décès cellulaire.
Je crois beaucoup à la crème solaire. Mais je m’inquiète aussi des effets environnementaux des particules connues pour franchir les membranes cellulaires.
Des centaines de tonnes de nano-oxyde de zinc sont produites chaque année et il ne se dégrade pas facilement. Si nous ne comprenons pas mieux son attitude, il n’y a aucun moyen de prédire s’il finira par devenir un problème – bien que de plus en plus de preuves suggèrent que l’oxyde de nano-zinc provenant de la crème solaire endommage les récifs coralliens.
Éthique des nanotechnologies
La capacité des nanoparticules à franchir les membranes cellulaires les rend efficaces dans des traitements tels que les vaccins. Les nanoparticules sont prometteuses pour régénérer les muscles squelettiques et pourraient un jour traiter la dystrophie musculaire, ou l’atrophie naturelle qui accompagne l’âge.
Par contre les vaccins contre la COVID-19 constituent un avertissement : les vaccins contre la COVID-19 à base de nanoparticules ont été rapidement adoptés par les États-Unis et l’Europe, par contre les pays à faible revenu y ont eu beaucoup moins accès grâce à la protection des brevets sur le vaccin et du manque d’infrastructures de production et de stockage. .
Les nanoparticules peuvent aussi permettre d’améliorer les performances humaines, allant d’une meilleure vue aux militaires conçus pour être plus efficaces au bataille.
Sans un cadre éthique pour leur utilisation, les nanotechnologies améliorant les performances et accessibles uniquement dans certains endroits pourraient creuser les écarts de richesse entre les états à revenu élevé et à faible revenu.
Surveillance émergente
Aujourd’hui, chaque pays traite différemment les nanoparticules. Par exemple, le Comité scientifique de l’Union européenne pour la sécurité des consommateurs a interdit l’utilisation d’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique dans les écrans solaires en aérosol dans toute l’Union européenne, citant leur potentiel à pénétrer dans les cellules pulmonaires et, de là, à se déplacer vers d’autres parties du corps. Les États-Unis n’ont pas pris de mesures similaires.
L’Union européenne a créé un laboratoire de nanobiotechnologie pour étudier les effets des nanoparticules sur la santé et l’environnement.
Le laboratoire de nanobiotechnologie de l’Union européenne s’efforce d’améliorer la compréhension des nanoparticules et de leurs effets sur des systèmes biologiques plus vastes.
Aux États-Unis, la National Nanotechnology Initiative, un effort coordonné de recherche et de développement parrainé par le gouvernement, fait en sorte de réunir des experts juridiques et éthiques avec des scientifiques. Ils évalueront les avantages et les risques des nanotechnologies et diffuseront des informations à d’autres scientifiques et au public.
Surmonter la disparité dans la distribution des vaccins à base de nanoparticules est un tout autre problème. Le programme COVAX de l’Organisation mondiale de la santé visait à garantir un accès juste et équitable aux traitements liés au COVID. Des mesures similaires devraient être envisagées pour tous les médicaments fondés sur les nanotechnologies afin que tout le monde puisse en bénéficier.
La biologie synthétique est un secteur qui connaît une croissance tout aussi rapide. Au cours des 20 dernières années, la Fondation iGEM, à but non lucratif, organise chaque année un concours étudiant mondial, qu’elle utilise comme plate-forme pour apprendre aux jeunes scientifiques à réfléchir aux implications plus larges de leurs travaux.
La Fondation iGEM demande aux participants de réfléchir à la sûreté, à la sécurité et de déterminer si leur projet est « bon pour le monde ». La communauté de recherche en nanotechnologie bénéficierait grandement de l’adoption d’un modèle similaire. Les nanotechnologies qui améliorent le monde exigent une coordination scientifique et éthique pour façonner la manière dont elles sont utilisées et contrôlées longtemps après leur création.
Kristin Omberg a reçu un financement des ministères de l’Énergie et de la Défense pour des recherches à l’intersection de la biologie et de la nanotechnologie. Elle est membre de l’Association américaine pour l’avancement de la science, de même que membre et bénévole active de l’American Chemical Society.
